الماس یک ماده امیدوارکننده برای صنعت نیمه هادی است، اما برش دادن آن به ویفرهای نازک یک سردرد و چالش واقعی است.
در یک مطالعه اخیر، تیمی از محققان دردانشگاه چیباتوسعه یافته aتکنیک جدید مبتنی بر لیزرکه می تواند الماس ها را در امتداد صفحه کریستالی بهینه برش دهد. این کشف به مقرونبهصرفهتر شدن این ماده برای تبدیل کارآمد نیرو در خودروهای الکتریکی و فناوریهای ارتباطی پرسرعت کمک میکند.
پیش از این، اگرچه خواص الماس برای صنعت نیمه هادی جذاب است، استفاده از مواد الماس به دلیل کمبود فناوری در حال حاضر در بازار برای برش کارآمد الماس به برش های نازک محدود شده است. در غیاب برش کارآمد، ویفرها باید یکی یکی سنتز شوند و هزینه ساخت آنها در بیشتر صنایع بسیار بالاست.
یک گروه تحقیقاتی ژاپنی به سرپرستی پروفسور هیروفومی هیدای از دانشکده مهندسی دانشگاه چیبا اخیرا راه حلی برای این مشکل پیدا کرده است.
در مطالعهای که اخیراً در مجله Diamonds and Related Materials منتشر شده است، آنها یک تکنیک جدید برش لیزری را گزارش کردند که میتواند برای برش تمیز الماس در امتداد سطح کریستال بهینه برای تولید ویفرهای صاف استفاده شود.
خواص اکثر کریستال ها، از جمله الماس، در امتداد سطوح کریستالی مختلف (سطوحی که به طور فرضی حاوی اتم های تشکیل دهنده کریستال هستند) متفاوت است. به عنوان مثال، یک الماس را می توان به راحتی در امتداد سطح 111 ｝ برش داد. با این حال، برش 100 ｝ چالش برانگیز است زیرا همچنین باعث ایجاد ترک در امتداد سطح متلاشی شده ｛111｝ می شود که افت بریدگی را افزایش می دهد.
برای جلوگیری از انتشار این ترکهای نامطلوب، محققان یک تکنیک پردازش الماس را توسعه دادند که پالسهای لیزری کوتاه را روی حجم باریک و مخروطی درون ماده متمرکز میکند.
پروفسور هیدایی توضیح می دهد: "تابش لیزر متمرکز الماس را به کربن آمورف تبدیل می کند که چگالی کمتری نسبت به الماس دارد. در نتیجه، چگالی ناحیه تغییر یافته توسط پالس های لیزر کاهش می یابد و ممکن است ترک هایی ایجاد شود."
با تابش اینهاپالس های لیزربر روی نمونه ای از الماس شفاف در یک الگوی شبکه مربعی، محققان شبکه ای را در داخل ماده ایجاد کردند که شامل مناطق کوچکی بود که مستعد ترک بودند. اگر فاصله بین نواحی اصلاحشده در شبکه و تعداد پالسهای لیزری مورد استفاده در هر منطقه بهینه باشد، همه نواحی اصلاحشده توسط ترکهای کوچکی که ترجیحاً در امتداد صفحه ۱۰۰ ｝ منتشر میشوند به یکدیگر متصل میشوند. بنابراین، یک ویفر صاف با سطح ~100~ را می توان به سادگی با فشار دادن یک سوزن تنگستن تیز به یک طرف نمونه، به راحتی از بقیه بلوک جدا کرد.
به طور کلی، تکنیک فوق یک گام مهم در ساخت الماس به یک ماده نیمه هادی مناسب برای فناوری های آینده است. پروفسور هیدایی در این رابطه می گوید: توانایی برش های الماس برای تولید ویفرهای باکیفیت با هزینه کم برای ساخت دستگاه های نیمه هادی الماس بسیار مهم است بنابراین این تحقیق ما را یک گام به تحقق کاربردهای مختلف الماس نزدیک می کند نیمه هادی ها در جامعه، مانند بهبود نرخ تبدیل نیرو در ماشین های الکتریکی و قطار."
